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平面光极案例:pH感应光极封装与光学释放及其现场使用寿命评估

更新时间:2024-06-21   点击次数:87次

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    本次为您分享一篇由加州理工学院和瑞士洛桑联邦理工学院研究团队在《Journal of Soils and Sediments》上发表的一篇学术论文"Improving planar optode lifetime: encapsulation and optical release  of pH‑sensing optodes and assessment of their lifetime in situ"。主要研究了关于如何提高平面光极(planar optode)在土壤中的使用寿命。平面光极是一种重要的工具,用于探测土壤中的pH值、氧气(O2)水平和二氧化碳(CO2)水平等关键参数,这些参数与根际(rhizosphere)的生物学和生化过程密切相关。然而,现有的光极存在一个重要的限制,即由于材料在土壤中的降解,导致其使用寿命较短。为了解决这个问题,本文提出了一种新的方法,即通过将光极封装在黑色染料石蜡中来延长其使用寿命。这种方法允许在不同的土壤条件下进行长期测量。具体来说,研究人员使用了商业上可获得的平面pH感应光极,并将其封装在平均厚度为700微米的黑色染料石蜡中。封装的光极只在特定的时间通过控制的光脉冲暴露在环境中。此外,研究人员设计了一个3D打印的支架,其中包含多个微通道,用于支撑光极并在释放期间帮助吸收融化的石蜡。

       实验结果表明,封装的光极在土壤中的使用寿命显著延长,与未封装的光极相比,观察到传感器在土壤中的使用寿命延长了15倍。封装方法有效地保护了光极不受降解,保持了它们的响应和准确性。在另一项为期7天的现场研究中,研究人员展示了这种封装方法使光极能够在pH值从6.22到7.91的不同类型的土壤中一致且可靠地工作。总之,本文提出的新型封装方法显著延长了平面光极在土壤中的使用寿命,这种方法使根际的长期监测成为可能,提供了高空间分辨率的非侵入性、实时测量。


       智感环境团队基于平面光极技术开发了封闭式平面光极设备,并成功将其应用于沉积物-水微界面、水生动植物和土壤植物根际环境的研究。这些设备具备以下特点:

1. 实时、快速地获取区域DO/pH/CO2的分布。

2. 设备自带封闭式箱体,满足测定所需的暗室条件。

3. 设备与软件配套使用,可集成校准、获取图像、处理图像于一体。

4. 非侵入性成像测量,不破坏原生环境。

5. 配备高像素CMOS相机,实现时间分辨率毫秒级,空间分辨率亚毫米级。

此外,还有便携式平面光极检测仪PO1100,它小巧轻便、便于移动和携带,同样能够实时、快速地获取区域O2/pH/CO2的分布。使用前,荧光传感膜需要标定并绘制标准曲线,工作环境和存储环境对温度和湿度有一定要求。